Diseño de de un un Diseño intercambiador de de calor calor intercambiador de placas placas de1930 2003 64 Pr0.78 Re-0. y la separación entre las mismas será de 5 mm.25 m (ancho). La resistencia de ensuciamiento se puede evaluar en forma conjunta para ambos fluidos como 0. empleando como fluido refrigerante una corriente de agua que entra a 301K y debe salir a 308 K.4 f = 2. dadas las características de las placas. pueden ser estimados empleando las siguientes correlaciones: Nu = 0.4 Re0.18 Compare el área requerida para el intercambiador de placas con el área requerida cuando se emplea el intercambiador de tubo y coraza (calculada en el correspondiente seminario) . El tamaño de las placas disponibles es 0. La configuración es de 1 paso para ambas corrientes.0003 m2 K W-1 Los coeficientes peliculares y el factor de fricción.Situación-Problema Situación-Problema 2) Se desea conocer el área necesaria de un intercambiador de placas que enfríe una corriente de aceite de sello (gravedad específica 0.75 m (largo) por 0.88) de 28500 kg/h desde 323 K a 313 K. Conceptos generales Diseño de un equipo de transferencia de calor ⇒ Espeficicar la configuración geométrica y el área necesaria para un determinado servicio. real ó disponible ACALC: Área calculada ó requerida AGEOM 4 ACALC ASPECTO HIDRÁULICO Comparación de las pérdidas de carga (caídas de presión) ΔPADM: pérdida de carga admisible (para el proceso en cuestión) ΔPCALC: pérdida de carga real en intercambiador (para las condiciones de operación) ΔPADM > ΔCALC . ASPECTO TÉRMICO Determinación del área de transferencia AGEOM: área geométrica. de placas) L (altura de las placas) W (ancho de las placas) e (distancia entra placas) t (espesor de las placas) = ? = 0.25 m = 0.05 m = - .Intercambiador de placas Nomenclatura: Np (nro.75 m = 0. ) ALGUNOS TIPOS DE PLACAS Corrugaciones ⇒ proveen soporte mecánico y generan turbulencia Indica la dirección y el sentido del flujo .) (cont.Intercambiador de placas ( cont. Th = 313K n = 7.Cálculos ASPECTO TERMICO Balances de energía Corriente “fría” (c) Corriente “caliente” (h) Adiabaticidad 0 s c Cpc Tc Qc = m -Tc n Cph Qh = m ( ) ( T -T ) 0 h s h (1) (2) Q=Qh=Qc Ecuación de diseño (forma integrada) Q=U A Fc ΔTML Datos 0 0 Tc = 301K . NUT.Th . fluidos ) U = f (m 0 0 s s . Th = 323K s s Tc = 308K . geometria.0 10-4 m 2 K W −1 A c m Q h. R ( ( ) ) .Tc .Th ΔTML = f Tc Fc = f N p . m c . prop.92 kg s-1 m (3) Incógnitas R f = 3. 6 .3 ºAPI Aceite de sello ThM=318 K Cp [J kg-1 K-1] ρ [kg m-3] μ [Pa s] k [W m-1 K-1] Pr =μ Cp / k De la Ec (2) Q = 155562.615 5.88 ⇒ 29.Propiedades físicas y parámetros de transporte ⇒ se evalúan a la temperatura media de cada corriente Gravedad específica 0.5 W De la Ec.25 10-4 0.131 105.1875 Np m2 1965 880 7 10-3 0.32 kg s-1 Área de referencia ⇒ Área proyectada de una placa a= L W A = a Np = 0.5 K 4180 995 8.1 Agua TcM=304. (1) mc = 5. U 1 1 1 t = + + Rf + U hh hc k El término t/k (conducción a través de la placa) puede ser importante en este tipo de equipos dado que los coeficientes peliculares son.ΔTML (contracorriente) ΔTML = 0 s (Th − Tcs ) − (Th − Tc0 ) 0 ⎡ Th ln ⎢ s ⎣ Th − Tcs − Tc0 ⎤ ⎥ ⎦ = 13. En nuestro caso dado que no se informan t ni k lo supondremos despreciable.4 K Un paso en cada fluido En principio se supone que Np es lo suficientemente grande (>50) como para considerar Fc≅1 Coeficiente global de transferencia de calor. . en general. altos. i m A f .i m c m h .i = = 12640.0 kg m-2 s-1 Np + 1 Diámetro equivalente.25 10-3 m 2 G h . hh y hh (dependen fuertemente del tipo de placa) h m c .i A f .01 m Re h = De G h .1 Np + 1 .Coeficientes de transferencia de calor. De area de flujo W e De = 4 =4 =2 e perimetro que transfiere 2W D e = 0.8 = kg s-1 Np + 1 Np + 1 h .i μ = 18057.i m h .i = m h 2m 15.i = W e = 1. 64 De N p +1 G c .2 = W m-2 K -1 0.4 h h kh 17874.2 ⎥ 79041.4 Re0.64 ⎡ N + 1 0.4 c c ( ) ⎡ 1 ⎤ 1 U = ⎢ + +R f ⎥ ⎣ hh hc ⎦ −1 = 0.4 Re0.64 Pr 0.i = Rec = De G c .6 = = kg s-1 Np + 1 Np + 1 c .64 De N p +1 ( ) c .i m A f .i μ h c = 0.1 ⎢ ⎥ ⎣ ⎦ ( ) ( ) −1 .i = 8480 kg m -2 s-1 Np + 1 = 102787.9 Np + 1 kc 79041.i m c 2m 10.h h = 0.64 Pr 0.64 ⎤ N 1 + p p =⎢ + + 3 10−4 ⎥ ⎢ 17854.1 -2 -1 = W m K 0. 1994) para Fc en función de: UA Np .75 m2 Np > 50 la suposición Fc=1 es correcta Cuando Np<50 existen gráficos y tablas (Hewitt.1 N p + 1) ( + 0.64 18057.1 Np ≅ 100 ⇒ A =18.De la Ec (3) Q = A U Fc ΔTml 0= 2. NUT = ( mCp )min .5 + 3 10−4 79041. Bott. ( mCp )min R= ( mCp )max Comparación entre las áreas requeridas APLACAS ≅ 19 m2 ATUBO Y CORAZA≅ 30 m2 .64 -155562.5125 N p ( Np + 1) 0. Shires. 7 f c = 2.1 f h = 2.i μ = 178. ΔP Factor de fricción.7 Pa De 2 ρ . f (depende del tipo de placa) Rec = De G c .ASPECTO HIDRAÚLICO Pérdidas de carga para ambas corrientes.i ΔPh = 4 f h = 2918.18 h 2 L G h .78 Re-0.18 = 0.78 Re-0.8 c 2 L G c .i μ = 1017.8 = 1.i ΔPc = 4 f c = 851 Pa De 2 ρ Re h = De G h .